DE853032C - Elektronenentladungsvorrichtung, insbesondere zur Verstaerkung ultrahochfrequenter Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenentladungsvorrichtungen, und zwar insbesondere auf solche Vorrichtungen, bei welchen eine Ablenkung des Kathodenstrahls stattfindet und welche für die Benutzung bei Ultrahochfrequenz geeignet sind. Bei Röhren der betrachteten Art wird ein Kadurchgelenkt und fällt auf eine mit einer Öffnung thodenstrahl zwischen zwei Ablenkelektroden hinversehene Elektrode (Blende), hinter welcher sich

ίο gewöhnlich eine Sammelelektrode befindet. Den Ablenkelektroden werden Wechsel Spannungen zugeführt, um eine Ablenkung des Elektronenstrahls über die Blende hinweg zu bewirken und auf diese Weise den auf die Sammelelektrode, welche als Ausgangselektrode dient, auftreffenden Strom zu steuern. Bei Röhren dieser Art fällt die Empfindlichkeit bei steigender Betriebsfrequenz der Röhre erheblich ab. Es sind Versuche unternommen worden, die Ablenkempfindlichkeit oder Transkonduktanz dieser Röhren zu erhöhen, ohne jedoch zu ao einem nennenswerten Erfolg geführt zu haben.

Die herkömmlichen Röhren sind auch insofern nur beschränkt verwendbar, als bei ihnen im Ultrahochfrequenzbetrieb der Eingangskreis einen niedrigen Resonanzwiderstand anzunehmen strebt, was zu einem übergroßen Leistungsbedarf für die Steuerung der Röhre führt. Hierdurch wird die Leistungsverstärkung der Röhre beim Betrieb als Verstärker vermindert. Die Gründe für den geringen Resonanzwiderstand sind unter anderem die Abstrahlung und die Ohmschen Verluste, welche auf hohe zirkulierende Ströme in den Elek-

troden und den Zuleitungen zurückzuführen sind. Eine Elektronenbelastung rührt auch von der gegenseitigen Einwirkung des Elektronenstroms und der an die Röhre angeschlossenen Stromkreise her und führt zu degenerativen und regenerativen Wirkungen, die in gemeinsamen Zuleitungswiderständen ihre Ursache haben.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, eine

Elektronenentladungsvorrichtung mit Strahlablenkung zu schaffen, die sich insbesondere für hohe Frequenzen eignet und die eine verhältnismäßig große Transkonduktanz besitzt.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung dieser Art, bei welcher der Eingangskreis einen hohen Resonanzwiderstand hat, so daß die Steuerleistung besser ausgenutzt wird.

Weiterhin ist Zweck der Erfindung bei einer

derartigen Vorrichtung, die unerwünschte Kopp-

»o lung, welche wegen der gemeinsamen Zuleitungen und der unvollkommenen Abschirmung besteht, auf einen Mindestwert zu verkleinern.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektronenentladungsröhre und die zugehörige Schaltung;

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. i, und

Fig. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Röhre, die in bezug auf die Resonanzkreise andere Formen aufweist.

Gemäß Fig. 1 enthält eine erfindungsgemäße Elektronenentladungsvorrichtung ein evakuiertes Gefäß 10, welches an seinem einen Ende eine Kathode 11 und an seinem anderen Ende eine Sammelelektrode 12 für die von der Kathode 11 ausgehenden Elektronen besitzt. Auf die Kathode folgt eine strahlformende und zur Abschirmung dienende becherförmige Elektrode 13, welche mit einer öffnung 13' versehen ist, durch welche der Elektronenstrahl hindurchtritt, so daß er in den Raum zwischen zwei stabförmigen Elektroden 14 und 15 eintritt. Diese Elektroden bestimmen die Strahlrichtung auf dem Wege des Strahles durch die ver^: schiedenen Elektroden hindurch, wobei die geeignete Vorspannung für die Elektroden 14, 15 von der Spannungsquelle 16 mittels einer Potentiometerschaltung geliefert wird. Zwischen der Sammelelektrode 12 und der strahlformenden Elektrode 13 befindet sich ein Hohlraumresonanzkreis, der aus einem rohrförmigen Teil 17 besteht, welcher am einen Ende durch eine Querwand 18 abgeschlossen ist, in der sich eine Öffnung 18' befindet, durch welche der Kathodenstrahl von der Kathode 11 aus hindurchtritt. In einer konusförmigen Trennwand 19 befindet sich eine öffnung 19', die zwischen den Enden des Rohres 17 liegt, so daß ein Hohlraumresonator, bestehend aus 17, 18 und 19, gebildet wird. Das rechte Ende des Rohres 17 ist durch eine Querwand 20 abgeschlossen, in welche das nach innen ragende Rohr 21 eingesetzt ist, das die Sammelelektrode 12 umschließt. Das Rohr 21 bildet gleichzeitig eine Abschirmung der Sammelelektrode 12 gegen die im Hohlraumresonator auftretenden Felder. Die Kammer zwischen der konusförmigen Trennwand 19 und der Abschlußwand 20 bildet einen Ausgangsresonanzhohlraum, der zu Schwingungen angeregt wird, wenn Elektronenpakete den Spalt 21 durchlaufen. Es ist zu ersehen, daß dieser zweite Resonanzhohlraum oder Ausgangsresonanzhohlraum auch fortgelassen werden kann und daß die Sammelelektrode als Ausgangselektrode benutzt werden kann, wenn man den Ausgangskreis an diese Elektrode anschließt.

Gemäß der Erfindung wird zwischen der Blendenscheibe 18 und der Trennwand 19 ein Ablenkelektrodenpaar 22 und 23 vorgesehen, wobei diese Ablenkelektroden von den streifenförmigen Trägern 22' und 23' gehalten werden. Durch diese Elektroden wird der Kathodenstrahl beim Betrieb der Elektronenröhre über die öffnung 19' hinweg abgelenkt.

Die Mantelfläche des Rohres 17 ist mit einer öffnung 17' versehen, in welche der Teil 10' einspringt, der seinerseits einen Teil des äußeren Rohrengefäßes 10 bildet. Im Inneren des einspringenden Teiles 10' befindet sich eine Kopplungsschleife 24, mittels welcher der Resonanzhohlraum erregt wird. Im Ausgangsresonanzhohlraum ist eine weitere öffnung 17" vorgesehen, in welche ein zweiter Teil 10" des äußeren Röhrengefäßes 10 einspringt, so daß eine Auskopplungsschleife 25 von der im Ausgangsresonanzhohlraum erzeugten Hochfrequenz erregt werden kann. Mittels der Spannungsquelle 26 können die verschiedenen erforderlichen Vorspannungen erzeugt werden.

Beim Betrieb der Röhre wird mit Hilfe der Kathode 11 und der zur Strahlformung und zur Abschirmung dienenden becherförmigen Elektrode 13 ein Elektronenstrahl erzeugt und seine Richtung mittels der richtunggebenden Elektroden 14 und 15 eingestellt. Der Strahl wird durch die öffnung 18' hindurchgelenkt, durchfliegt die beiden Ablenkelektroden 22 und 23, welche bei einer Betriebsart des Hohlraumresonanzkreises zwischen der Endwand 18 und der Trennwand 19 eine Ablenkspannung annehmen. Der Elektronenstrahl wird also über die öffnung 19' hinweg abgelenkt und induziert in dem Ausgangshohlraumresonator d. h. zwischen der Endwand 20 und der Zwischenwand 19 eine Hochfrequenzspannung, wenn Elektronenpakete durch den Spalt 21 hindurchfliegen und auf die Elektrode 12 auf treffen, die mittels des nach innen ragenden Rohres 21 wirksam abgeschirmt ist. Die Ablenkelektroden 22 und 23 besitzen vorzugsweise eine Länge, die annähernd dem von einem Elektron während einer Halbperiode der natürlichen Eigenfrequenz (Grundfrequenz) des Eingangsresonanzhohlraumes zurückgelegten Weg gleich ist. Unter diesen Umständen ergibt sich erfahrungsgemäß ein Maximum an Ablenkempfindlichkeit.

•Fig. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In diesem Falle ist die Kathode 30 mit einer Heizwicklung 31 versehen und die Sammelelektrode 32,

die gleichzeitig als Ausgangselektrode dient, befindet sich am anderen Ende der Röhre. Der Kathode benachbart ist ein zylindrischer zur Strahlformung und Strahlrichtung dienender Teil 33 vorgesehen, der vorzugsweise rohrförmige Gestalt hat, und an beiden Enden durch die Blendenscheiben 33' und 33" abgeschlossen ist. Innerhalb des Rohres 33, jedoch von ihm isoliert, liegen die richtunggebenden Elektroden 34 und 35, denen die nötige Gleichspannung von der Spannungsquelle 36 zugeführt wird. Zwischen dem strahlformenden Teil 33 und der Sammelelektrode 32 befindet sich ein Hohlraumresonanzkreis 37 in Form eines hohlen Ringes aus leitendem Material. Die Ablenkelektroden 38 und 39 sind einander gegenüberliegend angeordnet, und zwar derart, daß der Elektronenstrahl, der über die Blende 41' hinweg abgelenkt wird. Die öffnung dieser Blende 41' ist mit einem diese lichte öffnung unterteilenden Glied

ao 46 versehen, so daß ein Doppelöffnungseffekt auftritt, der zu einer Frequenzmultiplikation im Ausgangskreis führt

Die rohrförmigen Ansätze 40 und 41, welche von dem Resonanzhohlraum nach außen verlaufen, sind

as mit becherförmigen Ansätzen 42 und 43 versehen, die mit den Abschlußkappen 44 und 45 verschmolzen sind. Diese Abschlußkappen tragen die Eingangs- und Ausgangselektroden und bilden zusammen mit dem Resonanzhohlraum das zu evakuierende Röhrengefäß. In dem Resonanzhohlraum 37 ist ferner eine öffnung 47 vorgesehen, die von einem Kragen 48 umgeben ist, an dem das einspringende am unteren Ende geschlossene Isolierrohr 49 angeschmolzen ist, welches seinerseits die Einkopplungsschleife 50 zur Erregung des Resonanzhohlraums enthält. Die Ausgangsspannung wird dem Ausgangstransformator 51 aufgedrückt und die verschiedenen Vorspannungen werden durch die Spannungsquelle 52 geliefert.

Beim Betrieb der Röhre wird ein von der Kathode 30 herrührender Elektronenstrahl in geeigneter Weise mittels der Elektroden 34 und 35 durch die verschiedenen öffnungen hindurchgeleitet, und die Elektronen werden ferner durch die Blende 40' hindurch beschleunigt, so daß sie zwischen die Ablenkelektroden 38 und 39 gelangen, zwischen welchen eine ablenkende Hochfrequenzspannung besteht. Normalerweise zirkulieren dabei Hochfrequenzströme von der Elektrode 38 durch den Hohlraumresonator zu der Elektrode 39, wobei das magnetische Feld in bekannter Weise senkrecht zur Hochfrequenzspannung und zu den Strömen liegt.

Somit kommt bei beiden Ausführungsformen eine hohe Transkonduktanz zustande, da die Länge der Ablenkelektroden in einer bestimmten Beziehung zu der Eingangsfrequenz steht. Da bei beiden Ausführungsformen ein geschlossener Stromkreis vorliegt, treten nur sehr geringe Verluste auf, so daß die Steuerleistung zur Erregung des Eingangskreises und der Röhre selbst gut ausgenutzt wird. Wegen des geschlossenen Stromkreises und wegen der ausgedehnten Abschirmmaske zwischen den Eingangs- und den Ausgangskreisen wird die unerwünschte Kopplung auf einen Mindestwert verkleinert, so daß die dargestellten Röhren sich insbesondere für Verstärkungszwecke eignen, obwohl sie auch als Schwingungserzeuger benutzt werden können, wenn man durch kleine Änderungen eine Rückkopplung einführt.

Obwohl die dargestellten Ausführungsformen der Erfindung nur eine spezielle 'Anwendung betreffen, sei doch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern daß viele Abänderungen getroffen werden können, sowohl hinsichtlich der besonderen Konstruktion als auch hinsichtlich des Anwendungszwecks ohne vom Grundgedanken der Erfindung, wie er in den nachfolgenden Patentansprüchen zum Ausdruck kommt, abzuweichen.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektronenentladungsvorrichtung insbesondere zur Verstärkung ultrahochfrequenter Schwingungen mit einer Kathode zur Herstellung eines Elektronenstrahls, einer Sammelvorrichtung zur Aufnahme dieser Elektronen, einem zwischen Kathode und Sammelvorrichtung liegenden Hohlraumresonator, der öffnungen in einander gegenüberliegenden Wänden besitzt, und zwei Ablenkelektroden zur Beeinflussung der Richtung des Kathodenstrahls innerhalb dieses Hohlraumresonators, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden mit der Innenwand des Hohlraumresonanzkreises verbunden und derart angeordnet sind, daß praktisch keine Kopplung zwischen dem magnetischen Feld und dem Elektronenstrahl besteht.

2. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung eine öffnung besitzt, über welche hinweg der Kathodenstrahl während des Arbeitens der Röhre abgelenkt wird.

3. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der genannten Ablenkelektroden in dem erwähnten Hohlraumresonator liegt und mit der Innenwand der erwähnten leitenden Vorrichtung in der Nähe der einen Öffnung verbunden ist und daß die andere Ablenkelektrode ebenfalls innerhalb des Hohlraumresonators liegt und mit dessen Innenwand in der Nähe von dessen anderer öffnung verbunden ist.

4. Elektronenentladungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten Hohlraumresonator zwischen dem ersterwähnten Hohlraumresonator und der Sammelelektrode, wobei der zweite Hohlraumresonator mit einem nach innen ragenden, die Sammelelektrode umschließenden Teil versehen ist, der eine in Deckung mit den beiden erwähnten öffnungen befindliche öff- 1^5 nung besitzt.

5· Elektronenentladungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden von leitenden Verbindungen, die zur Innenwand des Hohlraumresonators verlaufen, getragen werden.

6. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraumresonator eine öffnung besitzt, in die eine Kopplungsschleife hineinragt und der zweite Hohlraumresonator ebenfalls eine öffnung, in die eine Auskopplungsschleife hinein ragt.

7. Elektronenentladungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch Strahlrichtungselektroden zwischen der Kathode und dem Hohlraumresonator.

8. . Elektronenentladungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch nach außen ragende rohrförmige Ansätze an den öffnungen des Hohlraumresonators und je eine den Ansatz abschließende Blende, durch die der Strahl hindurchgelenkt wird.

9. Elektronenentladungsvorrichtung nach An-Spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden in den Hohlraumresonator hineinreichen und innerhalb der Oberfläche der rohrförmigen Ansätze liegen und das becherartige Teile mit den Ansätzen verschmolzen sind, welche mit dem Hohlraumresonator ein Gefäß für die Kathode und die Sammelelektrode bilden.

10. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Ablenkelektroden nach innen in den Resonanzkreis hineinragt und nahe an dem Rand einer öffnung liegt sowie mit diesem Rand verbunden ist und daß die gegenüberliegende Ablenkelektrode nahe an dem Rand der anderen öffnung liegt und mit ihm verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen